Thiết kế và mô phỏng cơ cấu phân phối khí của động cơ duratec bằng phần mềm solidworks

Việc chuyển đổi vấu cam được thực hiện một cách tự động nhờ các ECU của hệ thống MIVEC, dựa trên các tín hiệu đầu vào như tốc độ động cơ, số vòng quay trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát,

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

là mục thiết kế 3D và mô phỏng các chi tiết trong hệ thống phân phối khí động cơ Duratec bằng phần mềm Solidworks Chương 4 của đồ án em nêu ra một số hư hỏng và phương pháp sửa chữa các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng Đề tài tốt nghiệp của em là Thiết kế và mô phỏng cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec bằng phần mềm Solidworks Đây là một đề tài mới đối với sinh viên nhưng mục đích của đề tài rất thiết thực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết thêm nhiều kiến thức mới đặc biệt là phần mềm Solidworks phần mềm đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay trong lĩnh vực thiết kế và

mô phỏng chi tiết máy và cơ cấu máy Bên cạnh đó quá trình tìm hiểu động cơ Duratec thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay và bổ ích

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng, các thầy cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS TS Trần Thanh Hải Tùng cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện

Phan Quang Hùng

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đề tài tốt nghiệp do em thực hiện với sự hướng dẫn từ Thầy giáo – PGS TS Trần Thanh Hải Tùng Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực Trong quá trình thực hiện có tham khảo các số liệu và tài liệu hướng dẫn từ các nguồn khác nhau có thể tin tưởng và được trích dẫn, chú thích, nguồn gốc trong phần Tài liệu tham khảo

Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng về kết quả đồ án tốt nghiệp của mình

Sinh viên thực hiện

Phan Quang Hùng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH v

MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 1

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2

1.1 Nhiệm vụ cơ cấu phân phối khí 2

1.2 Yêu cầu cơ cấu phân phối khí 2

1.3 Phân loại cơ cấu phân phối khí 2

1.3.1 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ 2

1.3.2 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ 4

1.4 Giới thiệu các cơ cấu phân phối khí phổ biến trên các động cơ hiện đại 8

1.4.1 Cơ cấu phân phối khí MIVEC của Mitsubishi 8

1.4.2 Cơ cấu phân phối khí VTEC của Honda: 11

1.4.3 Cơ cấu VVT-i của hãng Toyota 14

1.4.4 Cơ cấu phân phối khí VCT của hãng Ford: 17

Nhận xét chung: 20

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: 20

Chương 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 22

2.1 Giới thiệu về động cơ Duratec: 22

2.2 Khảo sát đặc điểm cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec 25

2.2.1 Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí: 25

2.2.2 Phương án dẫn động trục cam: 27

2.2.3 Kết cấu xupáp: 29

2.2.4 Đế xupáp: 31

2.2.5 Ống dẫn hướng xupáp: 32

2.2.6 Lò xo xupáp: 33

2.2.7 Kết cấu con đội: 34

2.2.8 Kết cấu trục cam: 35

2.2.9 Hệ thống thay đổi góc phân phối khí: 37

2.2.10 Đặc điểm,kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí: 41

2.3 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phân phối khí 54

2.3.1 Xác định kích thước của tiết diện lưu thông: 54

2.3.2 Phân tích chọn dạng cam: 57

2.3.3 Dựng hình cam lồi: 58

2.3.4 Động học con đội đáy bằng: 63

2.4 Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec: 67

2.4.1 Quy dẫn khối lượng các chi tiết máy trong cơ cấu phối khí: 67

2.4.2 Tính toán lò xo xupáp: 68

2.4.3 Tính toán sức bền con đội: 71

2.4.4 Tính toán sức bền xupáp: 71

Chương 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ DURATEC BẰNG SOLIDWORK 73

3.1 Giới thiệu về phần mềm Solidworks 73

3.2 Quá trình thiết kế và mô phỏng cơ cấu phân phối khí bằng Solidworks 74

3.2.1 Mục đích 75

3.2.2 Phương pháp 75

3.3 Thiết kế 3D xupáp của cơ cấu phân phối khí 75

3.4 Thiết kế 3D lò xo cơ cấu phân phối khí động cơ 77

3.5 Thiết kế 3D ống dẫn hướng của cơ cấu phân phối khí 78

3.6 Thiết kế 3D trục cam của cơ cấu phân phối khí 80

3.7 Thiết kế 3D bộ xoay cam của cơ cấu phân phối khí 83

3.8 Thiết kế 3D con đội của cơ cấu phân phối khí 85

3.9 Lắp ráp 3D cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec 86

3.10 Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec 92

Chương 4: CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ DURATEC 96

4.1 Chẩn đoán các hư hỏng: 96

4.1.1 Các chi tiết cơ khí 96

4.1.2 Các chi tiết điều khiển 97

4.2 Phương pháp kiểm tra, sửa chữa hư hỏng: 98

4.2.1 Kiểm tra sửa chữa xupáp: 98

4.3.2 Kiểm tra sửa chữa ống dẫn hướng: 100

4.2.3 Kiểm tra sửa chữa đế xupáp: 100

4.2.4 Kiểm tra sửa chữa lò xo xupáp: 102

4.2.6 Kiểm tra sửa chữa trục cam: 104

4.2.7 Kiểm tra dắt cắm van dầu OCV: 106

KẾT LUẬN 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 108

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH

Bảng 2.1 - Thông số động cơ Duratec

Bảng 2.2 - Các giá trị của h; Pjx và Plx theo a

Bảng 3.1 - Số liệu của Xupap

Bảng 3.2 - Số liệu của lò xo Xupap

Bảng 3.3 - Số liệu ống dẫn hướng xupap

Bảng 3.4 - Số liệu trục cam

Bảng 3.5 - Số liệu con đội xupap

Hình 1.1 - Một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ

Hình 1.2 - Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt

Hình 1.3 - Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo

Hình 1.4 - Kết cấu xupáp treo dẫn động trực tiếp;

Hình 1.5 - Cấu trúc hệ thống Mivec

Hình 1.6 - Hệ thống điều khiển

Hình 1.7 - Hoạt động của hệ thống MIVEC

Hình 1.8 - Cấu trúc hệ thống điều khiển

Hình 1.9 - Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí VTEC ở tốc độ thấp

Hình 1.10 - Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí VTEC ở tốc độ cao

Hình 1.11 – Hệ thống VVT-i

Hình 1.12 - Cấu tạo của bộ điều khiển VVT-i

Hình 1.13 - Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam

Hình 1.14 - Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm

Hình 1.15 - Van điều phối dầu ở vị trí phía làm muộn

Hình 1.16 - Van điều phối dầu ở vị trí ổn định

Hình 1.17 - Hệ thống cơ cấu phân phối khí VCT

Hình 1.18 - Sơ đồ điều khiển điện tử

Hình 1.19 - Làm sớm thời điểm phối khí

Hình 1.20 - Làm sớm thời điểm phối khí

Hình 1.21 - Thời điểm phối khí chuẩn sau khi điều chỉnh

Hình 2.11 - Pha phân phối khí

Hình 2.12 - Ảnh hưởng của pha phân phối đến quá trình hoạt động của động cơ

Hình 2.13 - Sơ đồ điều khiển hệ thống xoay cam nạp

Hình 2.14 - Cấu tạo bộ điều khiển

Hình 2.15- Cấu tạo của van điều khiển phối khí (OCV)

Hình 2.16 - Cảm biến vị trí trục cam

Hình 2.17 - Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam

Hình 2.18 - Cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 2.19 - Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 2.20 - Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.21 - Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.22 - Kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng

Hình 2.23 - Sơ đồ mạch điện điều khiển của cảm biến đo lưu lượng khí nạp

Hình 2.24 - Sơ đồ điều khiển điện tử

Hình 2.25 - Trạng thái bộ điều khiển ở chế độ muộn nhất

Hình 2.26 - Sơ đồ bộ điều khiển ở trạng thái giữ

Hình 2.27 - Sơ đồ bộ điều khiến ở chế độ mở sớm

Hình 2.28 - Tiết diện lưu thông qua xupáp

Hình 2.29 - Dựng hình cam lồi của cam nạp

Hình 2.30 - Xác định bán kính của cam nạp

Hình 2.31 - Dựng hình cam lồi của cam thải

Hình 2.32 - Xác định bán kính của cam thải

Hình 2.33 - Động học con đội đáy bằng trong giai đoạn I

Hinh 2.34 - Động học của con đội trong giai đoạn II

Hình 2.35 – Đồ thị đặc tính lò xo

Hình 3.1 – Các bước vẽ 3D Xupap động cơ Duratec

Hình 3.2 – Vẽ 3D lò xo xupap bước 1 2 3

Hình 3.3 - Lò xo xupap động cơ Duratec

Hình 3.4 – Các bước vẽ ống dẫn hướng xupap

Hình 3.5 – Vẽ 3D trục cam động cơ Duratec bước 1,2,3

Hình 3.6 – Vẽ 3D trục cam động cơ Duratec bước 4, 5, 6

Hình 3.7 – Vẽ 3D trục cam động cơ Duratec bước 7, 8

Hình 3.8 – Vẽ 3D trục cam động cơ Duratec bước 9

Hình 3.9 – Vẽ 3D trục cam động cơ Duratec bước 10

Hình 3.10 - Trục cam động cơ Duratec

Hình 3.11 – Vẽ 3D bộ xoay cam động cơ Duratec bước 1,2,3

Hình 3.12 – Vẽ 3D bộ xoay cam động cơ Duratec bước 4,5,6

Hình 3.13 – Vẽ 3D bộ xoay cam động cơ Duratec bước 7,8,9

Hình 3.14 – Các bước vẽ 3D Con đội động cơ Duratec

Hình 3.15 – Hộp thoại tạo file lắp ráp

Hình 3.16 – Các chi tiết để lắp ráp

Hình 3.17 – Lắp ráp cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec bước 2

Hình 3.18 – Lắp ráp cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec bước 3,4,5

Hình 3.19 – Lắp ráp cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec bước 6

Hình 3.20 – Lắp ráp cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec bước 7

Hình 3.21 – Lắp ráp cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec bước 9

Hình 3.23 – Lắp ráp cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec bước 10

Hình 3.24 – Lắp ráp cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec bước 11

Hình 3.25 – Cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec

Hình 3.26 - Biểu diễn vị trí xupáp và trục cam khi trục cam ở 0°

Hình 3.27 - Biểu diễn vị trí xupáp và trục cam khi trục cam ở 90°

Hình 3.28 - Biểu diễn vị trí xupáp và trục cam khi trục cam ở 180°

Hình 3.29 - Biểu diễn vị trí xupáp và trục cam khi trục cam ở 270°

Hình 4.1 - Kiểm tra xupáp

Hình 4.2 - Kiểm tra khe hở giữa thân xupáp và ống dẫn hướng

Hình 4.3 - Kiểm tra ống dẫn hướng

Hình 4.4 - Kiểm tra đế xupáp

Hình 4.5 - Kiểm tra chiều dài lò xo khi chịu nén

Hinh 4.6 - Kiểm tra chiều dài lò xo

Hình 4.7 - Kiểm tra độ vuông góc của lò xo

Hình 4.8 - Kiểm tra đường kính lắp ghép con đội

Hình 4.9 - Kiểm tra đường kính con đội

Hình 4.10 - Kiểm tra độ cong của trục cam

Hình 4.11 - Kiểm tra chiều cao cam

Hình 4.12 - Kiểm tra đường kính cổ trục cam

Hình 4.13 - Kiểm tra điện trở jack cắm

Phần mềm Solidworks thiết kế và mô phỏng các cơ cấu máy là một trong những phần mềm hỗ trợ cho những người đang học tập cũng như làm việc trong lĩnh vực thiết kế chi tiết và cơ cấu máy Và hiện tại phần mềm này là một trong những phần mềm đang được ứng dụng khá phổ biến

Thông qua việc làm đề tài này đã góp phần cho em củng cố lại các kiến thức đã được học và tập cho em cách nghiên cứu làm việc độc lập tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư tương lai

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc được liên tục Trong quá trình làm việc không khí sạch và nhiên liệu được cấp vào xilanh động cơ ứng với các thời điểm xác định Việc nạp không khí và làm sạch xilanh động cơ được thực hiện thông qua xupáp nạp và xả

Để thỏa mãn nhiệm vụ của mình cơ cấu phân phối khí cần đáp ứng các yêu cầu sau:

- Đóng mở xupáp đúng thời gian qui định

- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông

- Đóng kín và không được hở ( tì chặt lên đế xupáp) Tránh gây lọt khí sẽ làm giảm

áp suất trong hành trình nén làm giảm công suất của động cơ

- Ít mòn và ít ồn ào (do va đập)

- Dễ điều chỉnh, sửa chữa, giá thành hạ

- Đóng mở các cửa nạp và cửa thải theo đúng qui luật pha phối khí động cơ

1.3 Phân loại cơ cấu phân phối khí

1.3.1 Hệ thống phân phối khí dùng trong động cơ hai kỳ

Trong động cơ hai kỳ, quá trình nạp đầy môi chất mới vào xilanh động cơ chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu Quá trình thải trong động cơ hai kỳ chủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài Ở quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy, đồng thời cũng

có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới Chất lượng các quá trình thải sạch

sản vật cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét thải

Hiện nay trên động cơ hai kỳ thường sử dụng các hệ thống quét thải sau:

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song:

Được sử dụng chủ yếu trên động cơ hai kỳ cỡ nhỏ

Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo ra không khí quét Cửa quét thường đặt xiên lên hoặc đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dòng không khí quét trong xilanh

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm:

Thường dùng trên các động cơ hai kỳ có công suất lớn

Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên và hợp với đường tâm xilanh một góc 300, do đó khi dòng không khí quét vào xilanh sẽ theo hướng đi lên tới nắp xilanh mới vòng xuống cửa thải

Đây là hệ thống quét thải hoàn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công tác của động cơ

và áp suất không khí quét lớn

+ Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp:

Đặc điểm: Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải, bên trong có bố trí van một chiều để sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất công tác mới vào hàng lổ phía trên

Áp suất khí quét lớn nhưng do kết cấu có nhiều van tự động nên phức tạp Chiều cao các cửa khí lớn làm tăng tổn thất hành trình piston, giảm các chỉ tiêu công tác của động cơ

Đặc điểm: Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến Xupáp thải được đặt trên nắp xilanh Dòng khí quét chỉ đi theo một chiều từ dưới lên nắp xilanh rồi theo xupáp thải ra ngoài nên dòng không khí quét ít bị hòa trộn với sản vật cháy và khí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, do đó hệ số khí sót nhỏ và áp suất dòng khí nạp lớn

Để lựa chọn góc phối khí tốt nhất làm cho quá trình nạp hoàn thiện hơn Cửa quét đặt theo hướng tiếp tuyến nên dòng không khí quét đi vào xilanh tạo thành một vận động xoáy do đó quá trình hình thành hỗn hợp khí và quá trình cháy xảy ra tốt hơn, đồng thời làm tăng tiết diện lưu thông nên giảm được sức cản trong quá trình quét khí

Hình 1.1 - Một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ

a) - Hệ thống quét thẳng dùng piston đối đỉnh; b) - Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm; c) - Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp; d) - Hệ thống

quét vòng đặt một bên

1.3.2 Hệ thống phân phối khí trong động cơ bốn kỳ

Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới được thực hiện bởi cơ cấu cam - xupáp, cơ cấu cam - xupáp được sử dụng rất đa dạng Tùy theo cách bố

trí xupáp và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của động cơ bốn kỳ thành nhiều loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupáp treo, cơ cấu phối khí dùng xupáp đặt…

a) Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt

Xupáp được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động xupáp thông qua con đội Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh có thể bố trí theo nhiều kiểu khác nhau: Bố trí xen kẽ hoặc bố trí theo từng cặp một Khi bố trí từng cặp xupáp cùng tên, các xupáp nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành đơn giản hơn

Hình 1.2 - Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt

1 – Trục cam; 2 – Con đội; 3 – Thân máy; 4 – Đế lò xo xupáp; 5 – Lò xo xupáp; 6 – Ống

b) Cơ cấu phân phối khí xupáp treo:

Xupáp đặt trên nắp máy và được trục cam dẫn động thông qua con đội, đũa đẩy, đòn bẩy hoặc trục cam dẫn động trực tiếp xupáp

Khi dùng xupáp treo có ưu điểm: Tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt

Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điều kiện thiết kế để dòng khí lưu thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí

Tuy vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểm như dẫn động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắp xilanh hết sức phức tạp, rất khó đúc và gia công

Để dẫn động xupáp, trục cam có thể bố trí trên nắp xilanh để dẫn động trực tiếp hoặc dẫn động qua đòn bẫy Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân máy, xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẫy…

Hình 1.3 - Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo

1 – Trục cam; 2 – Con đội; 3 – Đũa đẩy; 4 – Đòn bẫy; 5 – Đế chặn lò xo; 6 - Lò xo

xupáp; 7 - Ống dẫn hướng; 8 – Xupáp;

c) Cơ cấu phân phối khí xupáp treo dẫn động xupáp trực tiếp nhờ trục cam:

* Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm việc thông qua cơ cấu truyền động đến trục cam 6 làm cho trục cam 6 quay Khi bề mặt làm việc của cam 6 tác động vào con đội 5 làm cho nó chuyển động đi xuống, tác động vào đuôi xupáp 1 làm cho xupáp 1 chuyển động đi xuống dẫn đến mở thông cửa nạp với bên trong xi lanh nếu như ở xupáp nạp và bên trong xi lanh với bên ngoài cửa xả nếu như ở xupáp xả, lúc này lò xo 3 bị nén lại Khi bề mặt làm việc của cam 6 không tác động vào con đội 5 lúc này nhờ lực đẩy lò xo 3 làm cho xupáp 1 chuyển động đi lên và đóng kín không cho thông giữa bên trong xilanh với bên ngoài cửa nạp hoặc cửa xả

Hình 1.4 - Kết cấu xupáp treo dẫn động trực tiếp;

1-Xupáp; 2-Ống dẫn hướng; 3-lò xo xupáp; 4-Đĩa lò xo; 5-Con đội; 6-Cam;

nâng và thời gian mở của các xupáp ở tốc độ thấp và tốc độ cao rất khác nhau Đối với động cơ cổ điển thì công suất và mô-men xoắn cực đại ở tốc độ nào của xe thì phụ thuộc vào điều kiện sử dụng của xe đó Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các xupáp ở tốc

độ thấp thì quá trình đốt nhiên liệu lại không hiệu quả khi động cơ ở trạng thái tốc độ cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở số tốc độ cao thì động cơ lại hoạt động không tốt ở tốc độ thấp Từ những hạn chế đó, thì cơ cấu phối khí hiện đại ra đời với ý tưởng là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở

và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để lấy đầy hòa khí vào buồng đốt

1.4 Giới thiệu các cơ cấu phân phối khí phổ biến trên các động cơ hiện đại

1.4.1 Cơ cấu phân phối khí MIVEC của Mitsubishi

MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) là tên viết tắt của công nghệ động cơ với xupáp nạp biến thiên được phát triển bởi hãng Mitsubishi

Hình 1.5 - Cấu trúc hệ thống Mivec

a) Cấu tạo hệ thống

Hệ thống này có khả năng thay đổi hành trình hoặc thời gian đóng mở các xupáp bằng cách sử dụng hai loại vấu cam khác nhau Ở dải tốc độ thấp, vấu cam nhỏ dẫn động các xupáp, động cơ hoạt động ở trạng thái không tải ổn định, lượng khí thải giảm và mômen xoắn tăng lên ở tốc độ thấp Khi vấu cam lớn được kích hoạt, tốc độ tăng lên, các xupáp được mở rộng hơn và thời gian mở xupáp tăng lên Bởi vậy làm tăng lượng khí nạp trong buồng cháy, công suất và mômen xoắn tăng, dải tốc độ động cơ được mở rộng

b) Nguyên lý hoạt động:

ECU động cơ xác định tình trạng của động cơ bằng sự phản hồi từ các tín hiệu cảm biến, gởi tín hiệu nhiệm vụ đến van điều khiển cung cấp dầu cho sự phản hồi của tình trạng động cơ và điều khiển vị trí của van ống Khi động cơ dừng lại, van ống sẽ đặt góc trễ lớn nhất nhờ áp suất thủy lực Van điều khiển cung cấp dầu phân phối áp suất thủy lực

để làm chậm lại hoặc đẩy nhanh góc cháy, hoặc thay đổi liên tục pha phối khí của trục cam hút trong từng giai đoạn từ góc sớm đến góc trễ

Nhằm tối ưu hiệu suất động cơ ở dãi tốc độ thấp và trung bình, mặt khác lại nâng cao công suất ở vòng tua cao, hệ thống MIVEC đạt được cả hai mục tiêu trên nhờ chủ động điều khiển cả thời điểm và khoảng thời gian đóng mở xupáp Hệ thống MIVEC điều khiển hoán đổi các vấu cam có cùng chức năng Một số các loại xe đua thể thao đã áp dụng biện pháp công nghệ này nhằm mục đích sinh ra nhiều công suất hơn Việc chuyển đổi vấu cam được thực hiện một cách tự động nhờ các ECU của hệ thống MIVEC, dựa trên các tín hiệu đầu vào như tốc độ động cơ, số vòng quay trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát, độ mở bướm ga,…ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển để kích hoạt hoặc hủy chế độ MIVEC

Hình 1.7 - Hoạt động của hệ thống MIVEC

Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau của động cơ: một cam có biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta gọi tắt là cam tốc độ thấp và vấu cam còn lại có biên dạng lớn hơn, dùng ở dải tốc độ cao gọi tắt là cam tốc độ cao Các vấu cam tốc độ thấp và các trục cò mổ, dẫn động các xupáp nạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa Mỗi xupáp nạp được dẫn động bởi một cam tốc độ thấp và trục cò mổ Để chuyển sang cam tốc độ cao, một tay đòn chữ T được ép vào các khe ở đỉnh trục cò mổ của cam tốc độ thấp Điều này cho phép các cam tốc độ cao dịch chuyển

cùng với cam tốc độ thấp Lúc này các xupáp thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi cam tốc độ cao Ở dải tốc độ thấp, tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam tốc độ thấp dẫn động các xupáp Ở dải tốc độ cao, áp suất thủy lực đẩy piston thủy lực lên, bởi vậy tay đòn chữ T lại trượt vào các khe cò mổ để chuyển sang vận hành với các cam tốc độ cao

Nói chung, chế độ MIVEC được kích hoạt để chuyển sang vấu cam tốc độ cao khi tốc độ động cơ tăng và chuyển sang vấu cam tốc độ thấp khi tốc độ động cơ giảm Ở dải tốc độ thấp, thời gian đóng mở các xu páp nạp và xả trùng nhau tăng để tăng sự ổn định ở chế độ không tải Khi tăng tốc, thời điểm xupáp nạp đóng được làm chậm lại để giảm áp lực ngược đồng thời cải thiện hiệu suất khí nạp, giúp tăng công suất động cơ cũng như giảm hệ số ma sát

1.4.2 Cơ cấu phân phối khí VTEC của Honda:

Hệ thống VTEC của Honda là một trong những công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu hóa hiệu quả của động cơ Được kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, Kenichis Nagahiro sáng tạo

vấu cam có biên độ mở lớn nhất

Hệ thống VTEC được điều khiển bởi PGM-FI ECM Bằng cách dùng các cảm biến, ECM kiểm tra tốc độ động cơ, mức độ tải động cơ, vận tốc xe, nhiệt độ dung dịch nước làm mát động cơ và nhiều yếu tố khác Sau đó, dựa theo những thông số này, ECM xác định được điều kiện làm việc hiện tại của động cơ và kích hoạt solenoid khi cần thiết (Van solenoid điều khiển áp lực thủy lực cung cấp đến van ống)

Hình 1.8 - Cấu trúc hệ thống điều khiển

Kỹ thuật thay đổi thời gian phân phối khí và mức độ nâng xupáp được sử dụng cho động cơ nhằm mục đích tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất nhưng công suất phát ra vẫn cao Với hệ thống này, đặc điểm nổi bật là với một tỷ lệ hoà khí tiết kiệm nhưng vẫn tạo ra một momen lớn ở tốc độ thấp, đồng thời ở tốc độ cao công suất phát ra lớn tương đương như động cơ bốn xupáp tiêu chuẩn đạt được

* Ở tốc độ thấp:

Cò mổ thứ nhất và cò mổ thứ hai được tách rời, do vấu cam A và B điều khiển riêng biệt hai xupáp, khả năng nâng của cò mổ thứ hai rất nhỏ để hé mở xupáp (một xupáp điều khiển sự phân phối khí chính)

Hình 1.9 - Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí VTEC ở tốc độ thấp

1-Piston tác động , 2- Piston đồng bộ , 3- Piston chặn , 4- Cò mổ thứ nhất , 5- Cò mổ thứ

hai , 6- Cam thứ nhất , 7- Cam thứ hai

độ mở của xupáp thứ nhất nhằm đáp ứng cho sự hoạt động ở tốc độ cao giống như động

1.4.3 Cơ cấu VVT-i của hãng Toyota

Hệ thống VVT-i là một kỹ thuật thay đổi thời điểm phối khí được phát triển bởi TOYOTA Hệ thống VVT-i đã thay thế hệ thống VVT đơn giản vào năm 1991 trên động

cơ 4A-GE 20 xupap Hệ thống VVT-i được giới thiệu vào năm 1996, thay đổi thời điểm của xupap nạp bằng cách điều chỉnh mối quan hệ giữa trục cam điều khiển (dây đai, vị trí bánh răng hoặc dây xích)

Hình 1.12 - Cấu tạo của bộ điều khiển VVT-i

Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được

cố định trên trục cam nạp Áp suất dầu đi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i để thay đổi liên tục thời điểm phối khí của trục cam nạp

Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động Khi áp suất dầu không truyền đến bộ điều khiển VVT-I ngay lập tức, sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ

Hình 1.13 - Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam

Hệ thống được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam

tính theo góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến

• Làm sớm thời điểm phối khí :

Khi van điều phối được đặt ở vị trí như trên hình vẽ, bộ ECU của động cơ điều khiển áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí

Hình 1.14 - Van điều phối dầu ở vị trí phía làm sớm

• Làm muộn thời điểm phối khí :

Khi ECU đặt van điều phối trục cam ở vị trí như trong hình vẽ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí

Hình 1.15 - Van điều phối dầu ở vị trí phía làm muộn

• Giữ ổn định :

ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành Sau khi đặt thời điểm phối khí chuẩn van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng như được chỉ ra trên hình vẽ để giữ thời điểm phối khí hiện tại

Hình 1.16 - Van điều phối dầu ở vị trí ổn định 1.4.4 Cơ cấu phân phối khí VCT của hãng Ford:

Hãng Ford đã đi đầu trong lĩnh vực cải tiến hệ thông phân phối khí và đã cho ra đời nhiều thế hệ ôtô với tính năng hiện đại Trong đó có hệ thống điều khiển xoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điều khiển VCT Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của các xupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong nhưng năm gần đây và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam trên các loại xe như: Focus, Ranger, Mondeo, Escape, Transit…

VCT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc của động cơ VCT là cụm từ viết tắt từ tiếng Anh: Variable Cam Timing

Đối với các động cơ cổ điển thì thời điểm phối khí là cố định và thường đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có hệ thống VCT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động cơ Hệ thống VCT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc

400 tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu từ cảm biến và điều khiển bằng ECU động cơ

Hình 1.17 - Hệ thống cơ cấu phân phối khí VCT

Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải, tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường

b) Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.18 - Sơ đồ điều khiển điện tử

ECU của động cơ tính toán thời điểm phối khí tối ưu nhất dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến, sau đó so sánh với thời điểm phối khí thực tế (nhận biết được từ tín hiệu cảm biến DVVT) và điều khiển van dầu làm xoay trục cam đi một góc cần điều chỉnh

• Làm sớm thời điểm phối khí: Khi áp suất thủy lực tác dụng lên khoang cánh gạt

phía làm sớm, trục cam sẽ xoay đi một góc cùng chiều với chiều quay trục khuỷu nhằm làm sớm thời điểm phối khí

Hình 1.19 - Làm sớm thời điểm phối khí

• Làm muộn thời điểm phối khí: Khi áp suất thủy lực tác dụng lên phía làm trễ của

khoang cánh gạt, trục cam sẽ xoay một góc ngược chiều quay trục khuỷu, làm trễ thời điểm phối khí

Hình 1.20 - Làm sớm thời điểm phối khí

• Chế độ giữ:Sau khi đạt thời điểm phối khí chuẩn, áp suất thủy lực được duy trì để giữ thời điểm phối khí chuẩn

Hình 1.21 - Thời điểm phối khí chuẩn sau khi điều chỉnh

Nhận xét chung:

Các hệ thống phân phối khí hiện đại đều có chung nhiệm vụ là: đảm bảo hiệu suất nhiên liệu cao nhất, tăng tính kinh tế của nhiên liệu, thời điểm đóng mở xupap phù hợp để tối đa hóa công suất động cơ Đối với động cơ sử dụng VTEC và MIVEC thì có ưu điểm

là cho công suất tối đa lớn nhưng không cải thiện được mô men xoắn cực đại và có cơ chế hoạt động phức tạp, chỉ hoạt động được 2 hoặc 3 pha và không liên tục Trong khi đó công nghệ VVT-i và VTC đều dùng áp suất dầu thủy lực để điều khiển hệ thống xoay cam giúp tối ưu hoạt động của xupáp nạp và xả trên toàn bộ dãi tốc độ của động cơ, biến thiên góc quay trục cam cho phép xupáp đóng mở tại các thời điểm khác nhau trong mỗi chu trình cháy (4 kỳ) để phân bố công suất của động cơ phù hợp theo tốc độ và tải (chân ga) một cách nhanh chóng

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:

Ngoài những đặc điểm và cấu tạo giống cơ cấu phối khí cổ điển Cơ cấu phối khí hiện đại còn có những bộ phận đóng vai trò điều khiển thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp theo tốc độ của động cơ Nhờ đó mà cơ cấu phối khí hiện đại luôn luôn làm việc ở điều kiện tối ưu nhất

Đối với một cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ khác cơ cấu phối khí cổ điển ở những bộ phận sau: Bộ cảm ứng tốc độ quay, cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mở xupáp,

hệ thống điều khiển điện tử

Bộ cảm ứng có nhiệm vụ giám sát sự thay đổi tốc độ quay của động cơ và truyền tín hiệu về bộ điều khiển điện tử

Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển điện tử và thực hiện theo những tín hiệu nhận được

Bộ điều khiển điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ cảm ứng, xử lí tín hiệu và truyền tín hiệu đến cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp

Ngoài nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc được liên tục, thì các hãng xe vẫn luôn tìm cách nâng cấp công nghệ của mình nhằm tăng hiệu quả công suất lớn, khả năng vận hành mạnh mẽ, giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm hao phí năng lượng và giảm tác động tiêu cực từ khí thải khi xe vận hành

Chương 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

2.1 Giới thiệu về động cơ Duratec:

Động cơ Duratec do hãng Ford sản xuất, được lắp trên xe Escape 2.3L Escape 2.3L

là xe du lịch một phiên bản hoàn toàn mới của làn xe Escape nói chung Xe được thiết kế

2 cầu chủ động (4x4) Cùng với các trang thiết bị tiêu chuẩn là những cải tiến về các trang thiết bị nội, ngoại thất làm cho Escape 2.3L có những tính năng vượt trội so với các dòng

xe đương thời Về ngoại thất, cụm đèn pha theo dạng chóa đèn màu đen mới mang lại tầm nhìn tốt hơn cho người điều khiển Bên trong cabin, bảng điều khiển trung tâm với vòng tròn bạc viền quanh cụm đồng hồ cùng với ánh sáng xanh của các nút điều khiển giúp người lái dễ dàng quan sát đảm bảo tính an toàn khi điều khiển xe Hệ thống phanh đĩa bốn bánh kết hợp với hệ thống chống bó cứng ABS cùng với hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD Hai túi khí cùng dây đai an toàn đảm bảo an toàn tối đa cho người lái

và hành khách khi xảy ra va chạm…

Hình 2.1 – Động cơ Duratec

Hơn hết xe được trang bị động cơ Duratec, một trong những động cơ có tính năng vượt trội so với những động cơ đương thời Duratec là động cơ xăng với 4 xilanh được

đặt thẳng hàng, 16 xupáp Các xupáp đựợc dẫn động trực tiếp từ cam Cam được đặt trên nắp máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupáp (DOHC) Duratec 2.3L tích hợp hệ thống điều khiển van biến thiên VCT (Variable Cam Timing) cho phép tối ưu hóa thời gian, thời điểm, góc đóng mở của xupáp làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm được nhiên liệu Bên cạnh đó động cơ còn tích hợp hệ thống xúc tác lọc khí thải, hệ thống đóng mở cửa gió thứ cấp VICS (Variable Inertia Charging System) và hệ thống van điều khiển tạo xoáy dòng khí nạp TSCV (Tumble Swirl Control Valve) Dùng hệ thống phun xăng điện

tử theo chu kỳ Với những cải tiến này mang lại cho động cơ hoạt động tốt nhất ở mọi chế

Hình 2.1 - Mặt cắt động cơ Duratec

1 – Các te; 2 – Lọc dầu bôi trơn; 3 - Ống dẫn dầu bôi trơn; 4 – Trục khuỷu; 5 – Bánh xích đầu trục khuỷu; 6 – Buly trục khuỷu; 7 – Xích dẫn động; 8 – Bánh xích dẫn động trục cam;9 – Cánh xoay; 10 – Vỏ bộ xoay cam; 11 – Trục cam; 12 – Đường dẫn dầu bôi trơn; 13 – Xupáp; 14 – Con đội;15 – Đĩa chặn lò xo; 16 – Lò xo xupáp; 17 - Ống dẫn hướng; 18 – Xi lanh; 19 – Đế xupáp; 20 – Xéc măng; 21 – Chốt piston; 22 – Thanh truyền; 23 – Phớt chắn dầu; 24 – Đuôi trục khuỷu; 25 – Đai ốc; 26 – Bạc lót; 27 – Chốt

khuỷu; 28 – Cổ trục khuỷu

2.2 Khảo sát đặc điểm cơ cấu phân phối khí động cơ Duratec

Hệ thống phân phối khí của động cơ Duratec được dùng là xupáp treo Gồm 2 trục cam dẫn động trực tiếp xupáp (cam nạp và cam thải) Trục cam dẫn động xupáp được đặt trên nắp máy Ở đầu mỗi trục cam được lắp các bánh xích dẫn động Các bánh xích trục cam được dẫn động bằng xích Để thuận tiện cho việc căng xích, ở hệ thống phân phối khí của động cơ được lắp bộ tự động căng xích bằng thủy lực

Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bốn xupáp trên đỉnh buồng đốt (2 xupáp nạp và 2 xupáp thải) Các xupáp khác tên được đặt nghiêng và góc giữa chúng là 390 Các đường ống nạp thải của động cơ được bố trí sang 2 bên của động cơ

Để cơ cấu phân phối khí làm việc đạt hiệu suất cao ở mọi dãi tốc độ Ở đầu trục cam nạp còn lắp thêm bộ phận xoay cam nhằm đáp ứng được các pha phân phối của xupáp phù hợp với tốc độ hoạt động cơ

2.2.1 Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí:

Hình 2.2 thể hiện phương án bố trí và dẫn động xupáp Cơ cấu phân phối khí của động cơ dùng xupáp treo Với kiểu bố trí này làm cho buồng cháy động cơ gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ nên giảm được tổn thất nhiệt Khả năng chống kích nổ được cải thiện nhiều Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thải và đường nạp thanh thoát hơn làm cho sức cản khí động giảm nhỏ Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bởi 4 xupáp (2 hút, 2 xả) làm tăng diện tích tiết diện lưu thông và giảm được đường kính nấm xupáp, khiến cho các xupáp không bị quá nóng và tăng được sức bền Các xupáp được bố trí thành 2 dãy (một dãy xupáp nạp và một dãy xupáp thải) Các đường ống nạp

và ống thải bố trí về hai phía Theo cách bố trí này trong động cơ xupáp được đặt nghiêng

đi một góc 190 so với đường tâm xilanh do đó dễ dàng bố trí đường thải và đường nạp trong nắp xilanh Tuy nhiên phương án này lại làm cho việc dẫn động xupáp trở nên phức tạp nhiều Để khắc phục nhược điểm này ở động cơ Duratec dùng hai trục cam (cam nạp

và cam thải) để dẫn động trực tiếp xupáp

* Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí được chia làm hai quá trình cơ bản sau: Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp và quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp

Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp: Khi động cơ làm việc trục khuỷu quay làm cho

bánh xích dẫn động cơ cấu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay theo, thông qua bộ truyền động xích trung gian dẫn động các bánh xích (8) lắp ở đầu các trục cam do đó làm cho các trục cam đóng mở xupáp quay Khi các vấu cam tiếp xúc với con đội (14) Con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tác động vào đuôi xupáp (13) ép lò xo xupáp nén lại đồng thời xupáp chuyển động đi xuống làm mở các cửa nạp (nếu trong giai đoạn nạp khí vào xilanh động cơ) và cửa thải (trong quá trình thải) thực hiện quá trình nạp môi chất mới và thải khí cháy ra ngoài

Quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp: Khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam di chuyển

theo cho đến khi đỉnh của vấu cam vượt qua đường tâm con đội Lúc này con đội (14) bắt đầu di chuyển đi lên, lò xo xupáp (16) từ từ giãn ra nhờ vào đế chặn lò xo (14) cùng với các móng hãm đẩy xupáp tịnh tiến về vị trí ban đầu thực hiện quá trình đóng kín xupáp Chu trình đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy tuân theo chu kì làm việc của pha phân phối khí

2.2.2 Phương án dẫn động trục cam:

Trục cam được bố trí phía trên nắp xilanh, khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu là rất lớn, nếu dùng phương pháp dẫn động bằng bánh răng sẽ rất phức tạp, cơ cấu dẫn động trở nên cồng kềnh, khi làm việc sẽ có tiếng ồn, vì thế trong trường hợp này trục cam được sẽ được dẫn động bằng xích

Xích được làm bằng thép hợp kim có sức bền rất cao và khi hoạt động không gây nên tiếng ồn Loại dẫn động này có nhiều ưu điểm như: Kết cấu gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách lớn Tuy nhiên dùng phương án dẫn động này giá thành cao Hơn nữa khi phụ tải và tốc độ thay đổi đột ngột xích dễ bị rung động Sau một thời gian

sử dụng xích thường bị rơ gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha phân phối khí Để giữ cho xích luôn được căng phải dùng thêm cơ cấu căng xích Để chống rung dùng thêm bộ dẫn hướng cho xích

Bánh răng dẫn động xích được lắp ở đầu trục khuỷu Phía đầu trục khuỷu có biên độ dao động xoắn lớn vì vậy khi lắp theo kiểu này làm cho hệ thống phân phối khí chịu dao dộng xoắn làm sai lệch pha phân phối và chịu tải trọng phụ do dao động đó gây nên Ngoài ra khi trục cam bị ảnh hưởng của dao động xoắn thì góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm cũng bị ảnh hưởng Tuy vậy khi lắp bánh răng ở đuôi trục khuỷu sẽ làm cho kết cấu dẫn động trở nên phức tạp

đó dầu có áp suất cao được đưa vào qua van bi Dưới áp lực dầu, piston bị ép về phía bên trái đẩy thanh dẫn hướng xích đi theo và xích được căng ra Trên piston có khía rãnh, các

khía rãnh này ăn khớp với rãnh trên chốt hãm Nhờ đó piston sẽ được giữ lại tại vị trí có

độ chùng cho phép khi áp lực dầu không còn tác dụng Muốn cho piston trở lại vị trí ban đầu ta nới lỏng chốt hãm cho piston trượt trên các rãnh của chốt hãm nhờ vào lực lò xo

2.2.3 Kết cấu xupáp:

Xupáp là chi tiết trực tiếp cho dòng khí nạp vào buồng đốt và thải khí cháy ra ngoài với một thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của pittông Trong quá trình làm việc xupáp chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt

Về tải trọng cơ học: Nấm xupáp chịu áp suất khí thể từ 0,6  1,5 MN/m2 và chịu tác động của lực quán tính nên khi làm việc luôn bị va đập mạnh với đế xupáp nên rất dễ gây biến dạng

Về tải trọng nhiệt: Xupáp thải làm việc trực tiếp với khí thải có nhiệt độ khoảng 1000

 1200 0C và với tốc độ dòng khí vào cỡ 400  600 (m/s), xupáp thải thường quá nóng

và bị xâm thực Xupáp nạp nhờ dòng khí nạp làm mát nên chịu nhiệt nhỏ hơn xupáp xả

Do xupáp làm việc trực tiếp với khí cháy nên vật liệu chế tạo xupáp là các thép hợp kim chịu nhiệt tốt Với lớp hợp kim này làm cho xupáp ít mòn và chống được gỉ của mặt nấm xupáp xả Chiều dài của xupáp nạp L = 101,6 (mm), chiều dài của xu páp xả L = 102,6 (mm)

Kết cấu của xupáp gồm 3 phần chính: Phần nấm xupáp, thân xupáp và phần đuôi

a) Phần nấm:

Kết cấu của nấm xupáp chẳng những có ảnh hưởng quyết định đến giá thành chế tạo xupáp mà còn ảnh hưởng đến độ bền, trọng lượng và tình trạng của dòng khí lưu động qua họng đế xupáp nữa Nấm xupáp của động cơ Duratec được ta chọn là loại nấm bằng

Ưu điểm của loại này là đơn giản dễ chế tạo, có thể dùng cho cả xupáp xả và xupáp nạp Mặt làm việc quan trọng của phần nấm là mặt côn có góc độ  = 15  450, ta chọn góc độ  45= 0 Điều này vừa đảm bảo được độ bền của nấm, vừa đảm bảo tiết diện lưu thông khi mở xupáp và vừa đảm bảo dòng khí lưu động dễ dàng Góc  này càng nhỏ thì tiết diện lưu thông càng lớn Tuy nhiên nếu  càng nhỏ thì mặt nấm càng mỏng, độ cứng vững của mặt nấm càng kém do đó dễ bị cong vênh, tiếp xúc không kín khít với đế xupáp Đôi khi góc của mặt côn trên nấm xupáp còn làm nhỏ hơn góc của mặt côn trên đế xupáp từ (0,5  10) để xupáp có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài của mặt côn Làm như vậy có thể đảm bảo tiếp xúc được kín khít dù mặt nấm có bị biến dạng nhỏ Đường kính của nấm xupáp nạp dnn = 33,5 (mm)

Đường kính của nấm xupáp xả dnt = 28,3(mm)

Chiều rộng của mặt côn trên nấm xupáp nạp và thải b= (0,05  0,12) dn = 2 (mm)

Chiều dày của nấm xupáp nạp bằng (0,08  0,12) dnn = 0,09.33,5 = 3 (mm)

Chiều dày của nấm xupáp xảbằng (0,08  0,12) dnt = 0,106.28,3 = 3 (mm)

b) Phần thân xupáp:

Thân xupáp có đường kính thích đáng để dẫn hướng tốt, tản nhiệt tốt và chịu được lực nghiêng khi xupáp đóng mở Để giảm nhiệt độ cho xupáp người ta có xu hướng tăng đường kính của thân xupáp và kéo dài ống dẫn hướng đến gần nấm xupáp Nhưng do phải đảm bảo tiết diện lưu thông và gọn nhẹ nên thân xupáp cũng không thể làm quá lớn Thân xupáp nạp và thải có dạng hình trụ dài Chỗ chuyển tiếp giữa thân và nấm có góc lượn

Đường kính thân xupáp nạp: dtn = (0,16  0,25) dn = 0,164.33,5 = 5,5 (mm)

Đường kính thân xupáp xả: dtt = (0,16  0,25) dn = 0,194.28,3 = 5,5(mm)

Chiều dài của thân xupáp tùy thuộc vào cách bố trí xupáp Nó thường thay đổi trong phạm vi khá lớn lt = (2,5  3,5) dn Chiều dài của thân xupáp cần lựa chọn đủ để lắp ống dẫn hướng và lò xo xupáp

Chiều dài thân của xupáp nạp: ltn = 2,5.33,5 = 83,75(mm)

Chiều dài thân của xupáp xả: ltt = 2,3.28,3 = 84,9 (mm)

c) Đuôi xupáp:

Phần đuôi xupáp trực tiếp va đập với con đội do đó mặt trên của phần đuôi phải được tôi cứng Ở phần đuôi xupáp có đoạn khoét rãnh để lắp móng hãm

Hình 2.5 - Kết cấu phần đuôi xupáp

Đế chặn lò xo phía trên được lắp với xupáp bằng 2 móng hãm hình côn lắp vào đoạn

có đường kính nhỏ trên đuôi Mặt phía ngoài của móng hãm ăn khớp với mặt côn của lỗ đĩa lò xo

Móng hãm được chế tạo dạng hình côn

Kiểu lắp dùng móng hãm có ưu điểm lớn là không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xupáp Tuy vậy việc gia công móng hãm rất khó khăn

2.2.4 Đế xupáp:

Cơ cấu phân phối khí của động cơ đang thiết kế dùng xupáp treo, đường thải và đường nạp bố trí trong nắp xilanh Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xi lanh khi chịu lực va đập của xupáp, người ta dùng đế xupáp ép vào họng đường thải và đường nạp Vì thân máy và nắp xilanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm nên đế xupáp được ép cho cả đường nạp và đường thải